JPS6077730A - ライン転送式固体撮像素子を用いた内視鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は小型化に適したライン転送式固体撮像素子を用
いた内視鏡に関する。

［発明の技ｌｆｉ的背景とその問題点］近年、電荷結合
素子等の固体撮像素子を撮像手段に用いた内視鏡が種々
提案されている。

上記固体撮像素子を用いた内視鏡は、光学８Ｍ束（ファ
イババンドル）で形成したイメージガイドを用いた内視
鏡におけるファイバの折損によって画像の質が低下する
ことを防止できると共に、画像の記録等が容易になる等
の利点を有し、集積化技術による進展と共に、益々小型
化及び解偉力の向上が見込まれるため、今後広く用いら
れる状況にある。

ところで、上記固体撮像素子としては、光電変換と走査
の２つの機能を有する電荷結合素子（ＣＣＤ）が広く用
いられている。このＣＯＤには、大別してフレーム転送
方式、ライン転送方式及び垂直インクライン方式のもの
とがある。

上記フレーム転送方式のＣＯＤは、あるフイルールド期
間で、まず感光部で光電変換と信号の蓄積をしておき、
垂直ブランキング期間の短い時間に、この電荷を並列に
して蓄積部の方へ転送して蓄え、遮光した該蓄積部の電
荷を水平ブランキング期間に１走査線に相当する分だけ
水平レジスタにより標準の走査方式で転送して、順次信
号の読み出しを行うものである。

上記ライン転送方式のＣＯＤは、垂直方向の出力レジス
タを設けて、１行ごとに転送信号を切換えて信号を読み
出すものである。

又、上記垂直インクライン転送方式のＣＯＤは、感光部
と転送部とを一対として縦方向にライン状に配列して構
成したものである。

上記ライン転送式のＣＯＤを用いた場合には、他の方式
のＣＯＤの場合よりも小型にできるが、信号読出しのた
めに電荷の転送を行っている際にへ躬光が受光されて異
る（べき）画素に対応する信号電荷が重畳されて像が不
鮮明になるスミア現象が生じるという欠点があった。

［発明の目的］ 本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、スミ
ア現象を防止して細径の先端部にも収納できるライン転
送式固体撮像素子を用いた内視鏡を提供することを目的
とする。

［発明の概要１ 本発明は撮（９手段に、ライン転送式固体保像素子を用
いると共に、信号読出し詩にはＷ！像面で受光されない
ようにすることによって、スミア現象を防止して細径の
内？！鏡先端部内に収納して使用てきるようにしである
。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第１図ないし第３図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は第１実施例の構成を示し、第２図はライン転送式固
体症像素子の撮像面を示し、第３図はコントロールゲー
ト信号と同期した照明期間及び読出し期間の関係を示す
。

第１図に示すように内視！ｍ１の体腔内等に挿入可能と
なる細径で可撓性の挿入部の前端側には硬性の先端（構
成）部２が連設されている。

上記先端部２の観察窓には結作用の対物レンズ３が配設
され、該対物レンズ３の焦点面には３原色の色モザイク
フィルタ４を前面に取付けたライン転送式固体撮画素子
５の１Ｉｉｌ椴面が臨むように配設されている。

上記固体撮像素子５の撮像面は、第２図に示すように、
横（水平）方向に多数の受光素子をライン状に配列して
ライン状の各感光部６が形成されており、所定の位相関
係の読出し用クロック信号を印加することによって、信
号電荷を転送して出力レジスタ７から取り出すことがで
きるようになっている。尚、各行ごとに転送信号を切換
えて、信号電荷を取り出すようになっている。

上記各行ごとに切換えられる転送信号及び所定の位相関
係の読出し用クロック信号は、発振器８から出力される
基準クロックをアンド回路９を介して取り込むドライブ
回路１０にて形成されるようになっている。このドライ
ブ回路１０の出力信号が印加されて、固体撮像素子５か
ら読出された信号は、プリアンプ１１で低雑音指数で増
幅された後、信号線を経て手元側のビデオプロセス部１
２内のフレームメモリ１３に書き込まれるようになって
いる。

上記フレームメモリ１３に書き込まれた信号は、ＴＶ信
号変換部１４にて水平及び垂直信号が重畳された３原色
の各色信号Ｒ，Ｇ、Ｂに分離変換されて、カラーＴＶモ
ニタ１５に表示されるようになっている。尚、フレーム
メモリ１３への書き込みはＡＤ変換してディジタル量に
して行われ、且つ読み出し後にはＤＡ変換してアナログ
闇に戻される。

又、上記挿入部内には照明光伝送用に可撓性の光学１１
束で形成されたライトガイド１６が挿通され、該ライト
ガイド１６の後端は光源装置１７に着脱自在で装着され
るようになっている。しかして、光源装置１７内の照明
ランプ１８の照明光を、反射鏡１９の凹面で反射集光さ
せて、装着されたライトカイト１６の後端面に照射でき
るようになっており、照射された照明光は該ライトガイ
ド１６で伝達されて、先端部２内に固定された前端面か
ら配光レンズ２０を経て、被写体側に照射され、対物レ
ンズ３で撮像面に結像可能になる範囲を照明できる照明
手段が形成しである。

ところで、上記照明ランプ１８は、ランプ駆動部２１か
ら供給される電力によって駆動され、該ランプ駆動部２
１は、その電力の供給及び供給停止がコントロールゲー
ト発生部２２から出力される第３図に示すコントロール
ゲート信号によって制御され、該コントロールゲート信
号がハイレベルの照明期間のときには照明ランプ１８に
電力を供給するが、ローレベルになると供給を停止する
ようになっている。上記コントロールゲート信号は、例
えばハイレベルが２９［ｍＳ］で、ローレベルが４　［
ｍ　Ｓ］としである（これに限定されるものでない。）
。

又、上記コントロールゲート信号はインバータ回路２３
を介してアンド回路９の他方の入力端に印加され、この
入力端に印加される信号レベルがハイレベル（つまりコ
ントロールゲート信号がローレベル）のときのみ発振器
８の基準クロックをドライブ回路１０側に出力する（第
３図に示す）読出し期間となるようになっている。即ち
、コントロールゲート発生部２２は、その制御信号とし
てのコントロールゲート信号がハイレベルのときの照明
期間に、照明ランプ１８を点灯して被写体を照明して被
写体での反射光による被写体像を撮像面に結ばせて、各
受光素子でその画素単位に分解して受光し、電荷として
蓄積させ、且つドライブ回路１ｏ側に信号読出し用の基
準クロックが出力されないように制御すると共に、コン
トロールゲート信号がロー、レベルの読出し期間にはゲ
ートとしてのアンド回路９を開いてドライブ回路１゜に
基準クロックを供給し、て信号読出しを行い、且つこの
期間照明ランプ１８を消灯して受光素子に光が入射受光
されるのを阻止する制ｔ１１機能を行うようになってい
る。

このように構成された第１実施例によれば、コントロー
ルゲート信号によって照明期間に被写体を照明し、照明
された被写体からの反射光を各受光素子で受光し、電荷
として蓄積し、その後蓄積した電荷をドライブ回路１ｏ
の出力信号で順次読出す読出し期間には、照明ランプ１
８を消灯して各受光素子に入射光が受光されるのを阻止
する遮光手段が形成されるようにしであるので、スミア
現象が生じることなく信号を読出すことができる。

読出された信号は、プリアンプ１１で増幅されて、ビデ
オプロセス部１２内のフレームメモリ１３に古き込まれ
、引き続く照明期間に順次読出されてＴ’Ｖ信号変換部
１４内のサンプルホールド回路でＲ，Ｇ、Ｂの各色信号
に分離され、水平及び垂直同期信号が重畳されてカラー
ＴＶモニタ１５のＲＧＢ端子に印加され、被写体をカラ
ー画像で表示する。

上記第１実施例によれば、スミア現象を防止すると共に
、感光部６を形成する各受光素子で受光した電荷を蓄積
する転送部を設（プてない面積の小さいライン転送式固
体旅憬素子５を用いているので、該固体撮像素子５を収
納する先端部２の外径を小さくできる。

第４図は本発明の第２実施例を示す。

この実施例においては、上記第１実施例における３原色
のモザイクフィルタ４が用いられてない（白思用）ライ
ン転送式固体撮像素子５で８１象するよう溝成し、一方
、照明手段は、３原色の各波長の光で順次照明するよう
構成されている。

即ち、この実施例の内視鏡３１においては、光源装置３
２内には３個の照明ランプ３３ａ、３３ｂ、３３ｃが配
設されている。上記照明ランプ３３ａの照明光は反射鏡
３４ａで反射集光され、赤透過フィルタ３５Ｒにて赤色
の光のみ透過され、該赤色の照明光はさらにハーフミラ
−３６で反射されてライトガイド１６の後端面に照射さ
れるようになっている。

又、照明ランプ３６ｂの照明光も反Ｄｉ　鏡３４　ｂで
反射集光され、緑透過フィルタ３５Ｇを透過して緑の波
長の光にされ、ハーフミラ−３７で反射され、さらにハ
ーフミラ−３６を透過してライトガイ１〜１６の後端面
に照射されるようになっている。

さらに、照明ランプ３６ｃの照明光は、反射鏡３Ａｃで
反則集光され、青透過フィルタ３５Ｂを透過して青の波
長の光にされ、上記両ハーフミラに照射されるようにな
っている。

上記各照明ランプ３３ａ　、３３１１．３３ｃ　はそれ
ぞれ赤用、緑用及び青用のランプ駆動部３８ａ。

３８ｂ　、３８Ｃがら赤用、経用及び゛青用のランプ駆
動出力が供給されるようになっており、これらランプ駆
動部３８ａ　、３８ｂ　、３８ｃはコントロールゲート
発生部３９の各出力端から出力されるコントロールゲー
ト信号にて第１実施例のように出力（電力）の供給及び
停止が制■されるようになっている。

又、上記コントロールゲート信号は３人力のノア回？８
４０を介してアンド回路９の他方の入力端に印加され、
３つのコントロールゲート信号のいずれかがハイレベル
ときにはアンド回路９のゲートを閉じ、３つのコントロ
ールゲート信号がローレベルの詩、ゲートを開いて発振
器８の基準クロックをドイプ回路１ｏに供給して信号読
出しを行い、且つこの期間には照明ランプ３３ａ　、３
３ｂ　。

３３ｃを消灯するよう制御して受光素子に被写体での反
０４光が受光されない遮光手段が形成されるようになっ
ている。

上記コントロールゲート発生部３９は、各出力端から、
第５図に示すように一定のく照明）期間、ハイレベルと
なり、その後所定のく読出し）期間ローレベルに保持さ
れるコントロールゲート信号３９ａ　、３９ｂ　、３９
ｃを順次出力するようになっており、これらコントロー
ルゲート信号３９ａ。

３９ｂ、３９Ｇが順次ハイレベルになる各期間“に、赤
用、経用及び青用ランプ駆動出力（第５図参照）がそれ
ぞれ出力されて各照明ランプ３３’ａ、３３ｂ、３３ｃ
が順次点灯され、これら順次点灯された照明光は赤、緑
及び青透過フィルタ３５Ｒ，３５Ｇ、３５Ｂを順次透過
して赤、緑及び青の各波長の光で被写体側を順次照明す
るようになっている。

３原色の各色で照明され、被写体で反射された光で、ｍ
＆面に結ばれた像は、各読出し期間に各色の１フレ一ム
分の信号が読出され、プリアンプ１１て増幅後ビデオプ
ロセス部４１内のマルチプレクサ４２を介して、該マル
チプレクサ４２で導通された各色フレームメモリ４３Ｒ
，４３Ｇ、４３Ｂに各色の１フレ一ム分の信号が書き込
まれるようになっている。容色でそれぞれ１フレ一ム分
の信号書き込みが終了すると、引き続く次の赤の照明期
間に、各フレームメモリ４３Ｒ，４３Ｇ。

４３Ｂに書き込まれた信号は、３原色同時に読み出され
、ＴＶ信号変換部４４にて水平及び垂直同期信号が重畳
されてＲ，Ｇ、Ｂの色信号にされてカラーＴＶモニタ１
５に表示されるようになっている。

尚、上記マルチプレクサ４２は、コントロール’７’　
−ト信＠　３９　ａ　、　３９　ｂ　、　３９　ｃの各
ローレベル期間の読出し期間に同期して順次切換えられ
るようになっている。

このように構成された第２実施例によれば、３原色の各
波長（色）の光で順次被写体を照明し、各受光素子で受
光蓄積した後、信号を読出すときには、照明光を消灯す
るよう構成しであるので、スミア現象を防止できる。

従って、上記第１実施例のように面積の小さいライン転
送式固体搬像素子５を用いることができ、先端部２を細
径にてき、体腔内に挿入の際等における思考への苦痛を
軽減できる。

上記第２実施例による３原色面順次照明手段を用いた内
視鏡３１によれば、各色の照明のもとて、各色に対して
全受光素子を用いて撮像できるので、第１実施例の場合
よりも解像力の高い像を（ｑることができる。

尚、上述の各実施例においては、照明光源として光源装
置１９．３２内のランプ１８．３３ａ。

３３ｂ　、３３Ｃを用いているが、本発明はこれらに限
定されるものでなく、発光ダイオードを用いたりするこ
ともできる。又、発光ダイオードを用いる場合には、内
視ｆｆ１１１．３１の先端部２側に設けることもでき、
ライトガイド１．６を必ずしも必要としない。又、豆ラ
ンプ等を先端部２内に収納して、使用すこともできる。

上記光源は信号読出し期間にはコントロールゲート信号
にて消灯されるよう制御される。

上記発光タイオードを用いる場合において３原色の各波
長の光を発光する発光ダイオードを順次点灯すれば、第
２実施例における各フィルタ３５Ｒ，３５Ｇ、３５Ｂを
必ずしも必要としない。

尚、上述の各実施例においては、ビデオプロセス部１２
．４１からＲ，Ｇ、Ｂ色信号が出力されるよう説明しで
あるか、ＮＴＳＣ方式その他の方式のカラーテレヒジョ
ン信号として出力させても良い。又、Ｒ，Ｇ、Ｂの色信
号をフレーム単位で順次表示し、残像を利用してカラー
画像として視認されるようにすることもできる。

又、上記第１実施例における３原色フィルタは色モザイ
クフィルタ４に限定されるものでなく、例えはストライ
ブ状配列の３原色フィルタを用いてカラー撮像すること
もできる。

尚、上述の各実施例においては、信号の読出し期間には
照明ランプ１８，３３ａ　、３３ｂ　、３３Ｃを消灯し
て受光素子で受光されるのを阻止するよう制御している
が、本発明はこれに限定されるものでなく、例えばライ
トカイト１６の後端面と照明ランプ１８．３３ａ　、３
３ｈ　、３３ｃ等の光源の間に液晶フィルタを配設し、
該液晶フィルタへの電圧の印加を制御する構造にするこ
ともできる。例えば、上）ホにおける照明期間には液晶
フィルタを通過させ、読出し期間には液晶フィルタに電
圧を印加して（あるいは印加を停止して）照明光を遮光
して受光素子で受光されるのを阻止する遮光手段を制御
することもできる。

又、上記液晶フィルタは、光源装置１９．３２内に設け
るものに限定されるものでなく、配光レンズ２０とライ
トガイド１６前端面（あるいは発光ダイオード等の光源
）との間の、例えば配光レンズ２０の瞳位置に配設して
も同様な機能をさせることかできる。

さらに、上記液晶フィルタを撮像面の前面ないしは対物
レンズ３の瞳位置に配設して、信号読出し期間に〈照明
はされているが）受光素子で受光されないように制御す
ることもできる。要するに信号読出し期間には、ライン
転送式固体８ｍ素子の感光部６の各受光素子で受光しな
いように制御すれば良い。

［発明の効果］ １ス上述べたように本発明にＪ：れば、撮像面の各受光
素子で受光し、蓄積した信号電荷を読出す期間において
は、撮像面に光が入射されるのを阻止する遮光手段を形
成しであるので、面積の小さいライン転送式固体撮１象
素子を用いてもスミア現象を生じることなく撮像できる
。従って、内視鏡の先端部を小型にでき、体腔内に挿入
の際等に惣者に与える苦痛を軽減できる。又、細径にす
ることによって、狭い部位にも使用でき、適用範囲を広
くてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は第１実施例の内視鏡の構成を示す説明図、第２図は
第１実施例に用いられるライン転送式固体縮伸素子の擺
像面を示す概略正面図、第３図は第１実施例におけるコ
ントロールグー１〜信号と照明期間及び読出し期間との
関係を示す説明図、第４図及び禎５図は本発明の第２実
施例に係リ、第４図は第２実施例の内視鏡の構成を示す
説明図、第５図は、コントロールゲート信号とランプ駆
動出力とのタイミング関係を示すタイミングチャード図
である。 １．３１・・・内視鏡　２・・・先端部３・・・対物レ
ンズ ４・・・色モザイクフィルタ ５・・ライン転送式固体茶像素子 ６・・・感光部　７・・・出力レジスタ８・・・発振器
　１０・・・ドライブ回路１１・・・プリアンプ １２．４１・・・ビデオプロセス部 １３・・・フレームメモリ １４．４４・・・ＴＶ信号変換部 １５・・・カラーＴＶモニタ １７．３２・・・光源装置 １８．３３ａ　、３３ｂ　、３３ｃ　・・・照明ランプ
２１．３８ａ　、３８ｂ　、３８ｃ　−・・ランフ駆動
部２２．３９・・・コントロールゲート発生部３５Ｒ，
３５Ｇ、３５Ｂ・・・色透過フィルタ３６．３７・・・
ハーフミラ− ４２・・・マルチプレクサ − パＡ＃１′″　ｍｍ’ｌｌ’１，７

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）被写体に照明光を照射する照明手段と、照明され
   た被写体を結像光学系にて固体撮像素子の撮像面に結像
   し、圀像面に配列された各受光素子の信号を読出すこと
   によって被写体像を表示可能にできるＶＡ＠手段とを備
   えた内？［において、ライン転送式の固体１ｆｆｌ像素
   子を用いると共に、制御信号の発生部と、前記受光素子
   の信号の読出し詩に同期した前記制御信号によって、照
   明手段側又は踊漁手段側に配設され、前記各受光素子へ
   の受光を阻止可能とする遮光手段とを設けたことを特徴
   とするライン転送式固体撮像素子を用いた内視鏡。
2. （２）前記遮光手段は、被写体側に照射される照明光の
   光源を消灯する手段としたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記−のライン転送式固体撮像素子を用いた内
   視鏡。
3. （３）前記遮光手段は、被写体側に照射される照明光又
   はｆｌ像面の受光素子に受光される入射光を、電圧の印
   加を制御して遮光可能となる液晶フィル、夕を用いて形
   成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のラ
   イン転送式固体撮像素子を用いた内視鏡。
4. （４）前記撮像手段は、色モザイクフィルタ又はストラ
   イプフィルタを用いて３原色照明又は白色照明のもとて
   カラー踊伝可能とすることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のライン転送式固体搬像素子を用いた内視鏡
   。
5. （５）前記撮像手段は、３原色の各波長の光での１フレ
   ームごとの順次照明のもとての被写体像を撮像してカラ
   ー表示可能とすることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のライン転送式固体撮像素子を用いた内視鏡。